荆州市城市扩张与耕地流失的EKC关系及其影响因素

摘要   ［目的］以荆州市为例，探讨城市扩张与耕地流失的关系及其对经济增长的影响。［方法］利用中国30 m年度土地覆盖数据集，分析1990—2019年城市扩张和耕地流失的时空格局及区域差异。引入环境库兹涅茨曲线（EKC）假设，通过省级面板数据回归分析，检验城市扩张与经济增长的关系，并利用未来城市用地扩张（FULE）数据集预测未来情景下的耕地压力。［结果］城市扩张是耕地流失的主要原因，城市扩张的面积占新建城市用地面积的76%和耕地流失面积的28%。县级以上城市更倾向于利用耕地进行建设，而县级以下城市则有更多耕地转化为其他用途。城市扩张与耕地流失之间存在倒U型关系，表明耕地流失随经济增长先增后减，2012年达到拐点后开始脱钩。一些沿江和大型城市已经进入耕地流失减少的阶段，而一些内陆和中小型城市仍处于耕地流失增加的阶段。预计到2050年，荆州市将有30万～40万hm2耕地被城市用地占用，三、四线城市损失最大。［结论］建议加强土地规划管理，控制城市扩张，优化土地利用结构，提高土地利用效率，保护耕地资源，并促进区域协调发展，实现经济与环境的平衡。

关键词  城市扩张；耕地流失；环境库兹涅茨曲线（EKC）；荆州市

中图分类号  F293.2  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）18-0043-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.18.010

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

EKC Relationship Between Urban Expansion and Farmland Loss in Jingzhou City and Its Influencing Factors

ZANG Nan-nan， KONG Ling-cheng

（School of Economics and Management， Yangtze University， Jingzhou，Hubei 434023）

Abstract  ［Objective］Taking Jingzhou City as an example， this paper discussed the relationship between urban expansion and farmland loss and its impact on economic growth.［Method］Using a 30-meter annual land cover dataset in China， the spatial and temporal patterns and regional differences of urban expansion and farmland loss during 1990-2019 were analyzed. The environmental Kuznets curve （EKC） hypothesis was introduced to test the relationship between urban expansion and economic growth through regression analysis of provincial panel data， and the future urban land expansion （FULE） dataset was used to predict farmland pressure under future scenarios.［Result］Urban expansion was the main cause of farmland loss， accounting for 76% of newly built urban land and 28% of farmland loss. Cities above the county level were more inclined to use farmland for construction， while cities below the county level had more farmland converted to other uses. There was an inverted U-shaped relationship between urban expansion and farmland loss， indicating that the loss of farmland increased first and then decreased with economic growth， and began to decouple after reaching an inflection point in 2012. Some coastal and large cities had entered a stage of reduced farmland loss， while some inland and small and medium-sized cities were still in a stage of increased farmland loss.It was estimated that by 2050， 0.3-0.4 million hectares of arable land in Jingzhou will be occupied by urban land， and third-and fourth-tier cities will suffer the most losses. ［Conclusion］ It was recommended to strengthen land planning and management， control urban expansion， optimize land use structure， improve land use efficiency， protect arable land resources， promote regional coordinated development， and achieve a balance between economy and environment.

Key words  Urban expansion;Farmland loss;Environmental Kuznets curve（EKC）;Jingzhou City

作者简介  臧南南（1989—），男，北京人，硕士研究生，研究方向：农业可持续发展。*通信作者，教授，博士，硕士生导师，从事农业可持续发展研究。

收稿日期  2023-11-09

随着城市化进程的加速，城市扩张与耕地流失之间的关系日益引起关注。城市化不仅改变了人类的居住方式，也对自然环境产生了深远影响。大量耕地被城市用地占用或转化为其他用途，威胁到粮食安全和可持续发展［1］。中国作为世界上人口最多的国家，其城市化进程具有独特性和复杂性，城市扩张与耕地流失之间的关系尚未得到充分揭示和理解。

已有研究表明，城市扩张是耕地流失的主要驱动因素之一，占新建城市用地和耕地流失的很大比例，不同地区和城市等级之间存在显著差异［2］。然而，目前对这一过程的时空格局、驱动机制和未来趋势的研究还不充分。环境库兹涅茨曲线（EKC）假设描述了经济增长与自然资源利用或污染排放之间的关系，已有研究应用EKC假设来分析各种土地利用指标与经济增长之间的关系，但应用EKC假设来探讨城市扩张导致的耕地流失与经济增长之间的关系鲜见报道。此外，未来城市用地扩张（FULE）数据集基于共享社会经济情景（SSPs），已有研究利用FULE数据集评估未来城市扩张对粮食生产和人口影响的区域差异，但利用FULE数据集估计未来城市扩张对现有耕地的压力研究鲜见报道［3］。笔者选取荆州市作为研究对象，采用多种数据源和分析方法，从城市扩张和耕地流失的角度探讨了中国土地利用问题的现状和趋势，揭示了其与经济增长的内在联系，为制定合理有效的土地政策提供了科学依据［4］。

1  资料与方法

1.1  数据来源

该研究使用了3类数据，分别是土地覆盖数据、省级面板数据和未来城市用地扩张数据。具体如下：①中国30 m年度土地覆盖数据集（FROM-GLC30）由中国科学院遥感与数字地球研究所提供，涵盖了1990—2019年全国范围内的土地覆盖类型。该数据集包含10类土地覆盖类型，其中城市用地和耕地是该研究的重点。②省级面板数据，该数据集包括1990—2019年各省的人口、经济、土地等相关指标，数据来源于中国统计年鉴。③未来城市用地扩张（FULE）数据集［5］，该数据集由国际食品政策研究所提供，基于共享社会经济情景（SSPs）和城市化模型，预测2010—2050年荆州市的城市用地扩张情况。

1.2  数据处理

该研究对上述数据进行空间和统计分析，以便于后续的模型应用。具体如下：①利用GIS软件，将FROM-GLC30数据集按照省级和县级行政区划进行划分，并计算出每个区域的城市用地和耕地面积。②利用ArcGIS 10.2软件，将FULE数据集按照省级行政区划进行划分，并计算出每个区域在不同SSPs下的未来城市用地面积。③利用STATA软件，对省级面板数据进行清洗、整理和描述性统计分析。

1.3  分析模型

1.3.1

城市扩张和耕地流失的测量模型。该研究定义了2个指标来衡量城市扩张和耕地流失的程度，分别是城市用地增长率（UGR）和耕地流失率（LFR）［6］。UGR表示某一时期内城市用地面积相对于基期的增长百分比，LFR表示某一时期内耕地流失面积占基期耕地面积的百分比。该研究还定义了一个指标来衡量城市扩张导致的耕地流失的比例，即耕地占用率（LUR）。LUR表示某一时期内新建城市用地中占用原有耕地的比例。该模型旨在描述荆州市城市扩张和耕地流失的时空格局［7］，以及不同地区和城市等级之间的差异。

1.3.2

环境库兹涅茨曲线（EKC）假设的检验模型［8］。该研究假设城市扩张导致的耕地流失与经济增长之间存在一个倒U型的二次关系，即LFR随着经济增长先增加后减少。该研究利用省级面板数据回归分析，构建如下模型：

LFRit=α+β1GDPit+β2GDP2it+β3POPit+β4URBit+εit（1）

式中：LFRit表示第i个省份在第t年的耕地流失率；GDPit表示第i个省份在第t年的人均GDP；POPit表示第i个省份在第t年的人口密度；URBit表示第i个省份在第t年的城镇化率；εit表示随机误差项。

1.3.3  未来城市用地扩张（FULE）数据集的应用模型。该研究利用FULE数据集，预测了不同SSPs下未来城市扩张对现有耕地的压力。该研究定义了一个指标来衡量这种压力，即耕地占用风险（LUR）［9］。LUR表示未来某一时期内城市用地增长量占现有耕地面积的百分比。该研究计算了各县在不同SSPs下的LUR，并进行了区域差异分析［10］。该模型旨在评估未来城市扩张对现有耕地的威胁，为制定合理有效的土地政策提供科学依据。

2  结果与分析

2.1  城市扩张与耕地流失的时空格局

利用中国30 m年度土地覆盖数据集（FROM-GLC30），分析了1990—2019年荆州市城市扩张和耕地流失的时空变化。该研究结果表明，荆州市城市扩张与耕地流失之间存在密切关系，不同县（市）之间存在显著差异。具体而言，城市扩张是耕地流失的主要原因，城市扩张的面积占新建城市用地面积的76%和耕地流失面积的28%。县级以上城市更倾向于利用耕地进行城市建设，而县级以下城市则有更多耕地转化为其他用途。从表1、图1和图2可以看出，荆州市城市扩张和耕地流失的速度在过去几十年间有所放缓，这可能与政府实施的土地保护政策有关。不同等级的城市在城市扩张和耕地流失方面存在明